Биолюминесценция – живой свет

Всеми цветами радуги светятся многие обитатели морей и океанов. Да и на суше немало живых существ, способных к свечению. И все же способностью излучать видимый для нас свет обладают лишь «избранные» представители животного царства. Однако последние достижения науки говорят о том, что светятся все без исключения ткани растений и животных, то есть и мы с вами, и все живое вокруг нас. Только увидеть этот свет невооруженным глазом нельзя – свет либо слишком слаб, либо лучи лежат за пределами доступной для человеческих глаз области спектра и для наблюдений этих видов свечения необходима дополнительная техника. Сегодня мы детальнее расскажем об этом интересном биологическом явлении биолюминесценции – свечении живых организмов.

В Малайзии, в джунглях штата Джохор, есть дерево, знаменитое на всю округу. Это «светлячковое дерево»: вечером в любое время года его обитатели — поместному их зовут «келип-келип», а ученые — «птероптиксами» — озаряют каждую веточку, каждый сучок живым огоньком.

Дерево это — самый обычный для здешних мест мангр, ничем как будто не примечательный, и почему птероптиксы облюбовали именно его — неясно. Но самое удивительное другое: светлячки умеют зажигать свои фонарики синхронно. Энтомологи заинтересовались «светлячковым деревом» и снарядили в те края экспедицию. Вот одно из их наблюдений:

«Ночь была достаточно темной, и сотни огоньков, то вспыхивавших, то погасавших без всякого порядка, ярко освещали крону. Первый признак перемены наступил, когда светляки, собравшиеся на одной из веток, начинали включаться и выключаться ритмично, действуя в унисон. Казалось, будто все особи соединены единым проводом, и кто-то нажимает кнопку через постоянные интервалы. Скопления насекомых на других ветках одно за другим подхватывали этот ритм, пока почти все светляки на дереве не начали точно выдерживать общее время».

Дальнейшие исследования показали, что частота вспышек у отдельных родственных видов этого насекомого различна, так вид птероптикс малакка имеет обыкновение включать свое «освещение» раз в секунду — хоть хронометр по нему проверяй.

В одной из лабораторий Сингапурского университета как-то, в самый разгар тропического лета, к удивлению служителей, было приказано развесить… елочные украшения — лампочки, куда более уместные на новогодней елке. Затем комнату затемнили и впустили в нее целый рой птероптиксов. Каждый раз, как светлячок вспыхивал, его импульс подхватывался фотоумножителем и регистрировался на экране осциллографа. Здесь же фиксировался и свет лампочек, включавшихся по определенной программе. Оказалось, что птероптикс в известной мере подвержен внушению: зажигая свой огонек, он следует ритму электрических лампочек. Впоследствии выяснилось, что синхронизируют свои вспышки только самцы, тогда как светлячки «слабого пола» предпочитают действовать вразнобой.

Но к чему насекомым вся эта синхронизация? Энтомологи предположили, что самцы, таким образом, объединяют свои усилия, чтобы «коллективно» привлечь внимание самок, произвести большее впечатление и таким образом собрать их с большей территории. Известно ведь, что одновременное скандирование одного и того же имени тысячей глоток, ритмичные удары в тысячу пар ладоней производят на выступающего атлета или артиста куда большее впечатление, чем «разнобойный» крик или «неорганизованные» аплодисменты такого же числа болельщиков.

Пигмеями в мире светоносных являются бактерии, размеры которых не превышают одной пятидесятитысячной доли сантиметра. И вот бурное размножение этих крошечных существ в гниющем мясе, рыбе, дереве или же в теле мертвой гусеницы иногда вызывает свечение. Поселяются светящиеся бактерии и в живых организмах, особенно морских, — различных ракообразных, червях, моллюсках, рыбах, причем такое сожительство оказывается в ряде случаев взаимовыгодным.

Вообще суша сравнительно бедна светящимися организмами, тогда как в море их — великое множество, и самых разнообразных.

Светятся рыбы и мельчайшие планктонные организмы, из которых наиболее известно одноклеточное животное «ночесветка», размножающееся временами в таком количестве, что вода становится розовой. Много светящихся медуз, морских червей, моллюсков — среди последних особые «мастера» светиться головоногие и, прежде всего, кальмары. Морские обитатели светятся на все лады: ярко-оранжевым и голубым, рубиново-красным, ультрамариновым и… каким угодно.

Бывает, море озаряется странным призрачным пламенем: перегнись через борт лодки, зачерпни пригоршню воды — и рука загорится «неземным» огнем. За рыбой, беззвучно скользящей в родной стихии, стелется призрачный зеленоватый хвост.

В дневниках Христофора Колумба, первым из европейцев посетившего воды, омывающие Багамский архипелаг, мы находим упоминание о странных морских «движущихся свечах», поразивших воображение даже видавшего виды «адмирала Моря-Океана». По-видимому, это был морской червь одонтосиллис, чья способность светиться отлично служит делу сохранения вида.

Спустя пару дней после полнолуния, самка одонтосиллиса (ее длина не превышает двух с половиной сантиметров) покидает свое обычное убежище в коралловых зарослях и поднимается на поверхность. При этом она начинает ярко светиться, привлекая к себе внимание самцов, которые тут же бросаются в погоню. Самки, возбужденно водя хороводы, «горят» все ярче и выбрасывают икру в свой хорошо видимый след, а самцы спешат доставить свои молоки, пока освещение не погасло.

И все-таки определить биологический смысл биолюминесценции во многих случаях весьма сложно. Можно только сказать, что ее функции очень различны у разных организмов, а в ряде случаев представляются пока и вовсе загадочными. Какую роль играет свечение того или иного микроскопического существа, затерявшегося в массе совершенно идентичных собратьев, или гриба, «тлеющего» во тьме, воистину нелегко установить.

Считается, что глубоководные рыбы используют свои светоносные органы как прожекторы в мрачной бездне. Возможно также, что светящиеся знаки различия помогают членам стаи узнавать себе подобных и удерживаться вместе. Светящиеся органы могут и привлекать добычу, и в то же время ослеплять преследователя, отпугивая его. Но почему-то у одних обитателей глубин такое «оборудование» есть, а другие, даже и близкородственные, его лишены. Совершенно непонятно и то, отчего у пресноводных обитателей оно почти никогда не встречается.

Как пишет видный японский биолог Сёзабуро Ватасе, изучавший мелких — с палец длиной — кальмарчиков ватасения, названных так в его честь, «…не устанешь удивляться тому, что ватасения снабжена не только фонариками, но еще и линзами для концентрации и рефлекторами для усиления света, да еще и сложными мембранами для «включения» и «выключения» огней и приспособлением для изменения цвета…»

Какова природа живого света?

Сказать, что она окончательно ясна, пока нельзя, хотя многое здесь и достаточно хорошо изучено. Еще триста лет назад знаменитый физик Роберт Бойль обнаружил, что грибы на гниющем дереве светятся только в присутствии кислорода. Без кислорода свечение затухает, это — явное указание на прямую связь биолюминесценции с реакциями окисления.

Правда, прошло еще двести лет, прежде чем химик Дюбуа сумел доказать это экспериментально. Путем самых несложных опытов, помещая светоносные органы жука то в горячую, то в холодную воду, ему удалось выделить два вещества — люциферин и люциферазу, которые при смешении в пробирке начинали светиться. При этом люциферин, устойчивый к нагреванию, он определил как субстрат, основу, а люциферазу, разрушающуюся уже при 60 С — как специфический фермент, катализирующий окисление с испусканием света.

Дальнейшие многочисленные опыты на самых различных светящихся организмах показали высокую универсальность живого света: почти всегда он излучался при взаимодействии люциферина с люциферазой. Правда, оказалось, что существует множество разновидностей этих веществ, почти у каждого вида светящихся организмов — своя пара.

Нашлось и немало исключений. У некоторых животных в световой реакции участвует не два вещества, а значительно больше, а у медузы, например, всего одно: специфический белок экварин, который при контакте с ионами кальция выделяет свет. Пока ученые условно различают 7 основных типов светящихся систем, но дальнейшие исследования биолюминесценции, вероятно, увеличат это число…